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- 2021-06-16 发布
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§6.1 数列的概念与简单表示
考纲展示► 1.了解数列的概念和几种简单的表示方法(列表、图象、通项公式).
2.了解数列是自变量为正整数的一类特殊函数.
考点1 由数列的前几项求数列的通项公式
1.数列的概念
(1)数列的定义:按照________排列的一列数称为数列,数列中的每一个数叫做这个数列的________.
(2)数列与函数的关系:从函数观点看,数列可以看成以正整数集N*(或它的有限子集)为________的函数an=f(n).当自变量按照从小到大的顺序依次取值时所对应的一列函数值.
(3)数列有三种表示法,它们分别是________、________和________.
答案:(1)一定顺序 项 (2)定义域
(3)列表法 图象法 通项公式法
2.数列的分类
答案:有限 无限 > <
3.数列的两种常用的表示方法
(1)通项公式:如果数列{an}的第n项an与________之间的关系可以用一个式子________来表示,那么这个公式叫做这个数列的通项公式.
(2)递推公式:如果已知数列{an}的第1项(或前几项),且从第二项(或某一项)开始的任一项an与它的前一项an-1(或前几项)间的关系可以用一个公式来表示,那么这个公式就叫做这个数列的递推公式.
答案:(1)序号n an=f(n)
4.已知数列{an}的前n项和Sn,则an=
答案:S1 Sn-Sn-1
(1)[教材习题改编]已知数列{an}的前四项分别为1,0,1,0,给出下列各式:
①an=;
②an=;
③an=sin2;
④an=;
⑤an=
⑥an=+(n-1)(n-2).
其中可以作为数列{an}的通项公式的有________.(写出所有正确结论的序号)
答案:①③④
(2)[教材习题改编]已知 {an}满足 an=+1(n≥2), a7=,则a5=__________.
答案:
解析:由递推公式,得a7=+1,a6=+1,则a5=.
[典题1] 根据下面各数列前几项的值,写出数列的一个通项公式:
(1)-1,7,-13,19,…;
(2),,,,,…;
(3),2,,8,,…;
(4)5,55,555,5 555,….
[解] (1)偶数项为正,奇数项为负,故通项公式必含有因式(-1)n,观察各项的绝对值,后一项的绝对值总比它前一项的绝对值大6,故数列的一个通项公式为an=(-1)n(6n-5).
(2)这是一个分数数列,其分子构成偶数数列,而分母可分解为1×3,3×5,5×7,7×9,9×11,…,每一项都是两个相邻奇数的乘积.故所求数列的一个通项公式为an=.
(3)数列的各项,有的是分数,有的是整数,可将数列的各项都统一成分数再观察,即,,,,,…,从而可得数列的一个通项公式为an=.
(4)将原数列改写为×9,×99,×999,…,易知数列9,99,999,…的通项为10n-1,故所求的数列的一个通项公式为an=(10n-1).
[点石成金] 由数列的前几项求数列通项公式的策略
(1)根据所给数列的前几项求其通项公式时,需仔细观察分析,抓住以下几方面的特征,并对此进行归纳、联想,具体如下:
①分式中分子、分母的特征;
②相邻项的变化特征;
③拆项后的特征;
④各项符号特征等.
(2)根据数列的前几项写出数列的一个通项公式是利用不完全归纳法,它蕴含着“从特殊到一般”的思想,由不完全归纳得出的结果是不可靠的,要注意代值检验,对于正负符号变化,可用(-1)n或(-1)n+1来调整.
考点2 由递推公式求通项公式
1.函数的概念的两个易混点:项an;项数n.
(1)已知数列{an}的通项公式为an=,则数列{an}的第5项是__________.
答案:
解析:由数列{an}的通项公式为an=,得a5===,即数列{an}的第5项是.
(2)已知数列,,2,,…,则2是该数列的第__________项.
答案:7
解析:由题意可知,该数列可以表示为,,,,…,故2=是该数列的第7项.
2.数列的两种表示方法:通项公式;递推公式.
(1)已知数列{an}的通项公式为an=pn+,且a2=,a4=,则a8=__________.
答案:
解析:由已知得 解得 则an=n+,故a8=.
(2)已知非零数列{an}的递推公式为an=·an-1(n>1),且a1=1,则a4=__________.
答案:4
解析:依次对递推公式中的n赋值,当n=2时,a2=2a1;当n=3时,a3=a2=3a1;当n=4时,a4=a3=4a1=4.
求解数列通项公式的两种方法:待定系数法;递推法.
(1)已知数列{an}的通项公式为an=n2-10n+17,则数列{an}中使an<0的n构成的集合为________.
答案:{3,4,5,6,7}
解析:由an=n2-10n+17<0,得(n-5)2<8,n∈N*,满足该不等式的n的值为3,4,5,6,7,所以所求的集合为{3,4,5,6,7}.
(2)已知数列{an}中,a1=1,an+an-1=1(n≥2),则数列{an}的一个通项公式为__________.
答案:an=或an=sin
解析:由an+an-1=1(n≥2),得a2=0.又an+1+an=1,结合an+an-1=1(n≥2),得an+1=an-1(n≥2),即该数列的奇数项相等、偶数项相等,
所以通项公式为an=或an=sin .
[典题2] (1)已知数列{an}满足a1=1,an+1=3an+2,则数列{an}的通项公式为________.
[答案] an=2·3n-1-1
[解析] ∵an+1=3an+2,
∴an+1+1=3(an+1),
∴=3,
∴数列{an+1}为等比数列,公比q=3,
又a1+1=2,∴an+1=2·3n-1,
∴an=2·3n-1-1.
(2)已知数列{an}满足a1=1,an= an-1(n≥2),则数列{an}的通项公式为________.
[答案]
[解析] 解法一:an=an-1(n≥2),所以an-1=·an-2,…,a2=a1,以上(n-1)个式子的等号两端分别相乘得an=a1···…·==.
解法二:an=···…···a1=···…·1=.
[点石成金] 由递推关系式求通项公式的常用方法
(1)已知a1且an-an-1=f(n),可用“累加法”求an.
(2)已知a1且=f(n),可用“累乘法”求an.
(3)已知a1且an+1=qan+b,则an+1+k=q(an+k)(其中k可由待定系数法确定),可转化为等比数列{an+k}.
(4)形如an+1=(A,B,C为常数)的数列,可通过两边同时取倒数的方法构造新数列求解.
(5)形如an+1+an=f(n)的数列,可将原递推关系改写成an+2+an+1=f(n+1),两式相减即得an+2-an=f(n+1)-f(n),然后按奇偶分类讨论即可.
1.[2017·安徽合肥一模]已知数列{an}满足a1=1,a2=4,an+2+2an=3an+1(n∈N*),则数列{an}的通项公式an=________.
答案:3×2n-1-2
解析:由an+2+2an=3an+1,得
an+2-an+1=2(an+1-an),
∴数列{an+1-an}是以a2-a1=3为首项,2为公比的等比数列,∴an+1-an=3×2n-1,
∴当n≥2时,
an-an-1=3×2n-2,…,a3-a2=3×2,a2-a1=3,
将以上各式累加,得
an-a1=3×2n-2+…+3×2+3=3(2n-1-1),
∴an=3×2n-1-2(当n=1时,也满足).
2.在数列{an}中,a1=1,Sn=an,则an=________.
答案:
解析:由题设知,a1=1.
当n≥2时,an=Sn-Sn-1=an-an-1.
∴=,
∴=,…,=,=,=3.
以上(n-1)个式子的等号两端分别相乘,得到
=,又∵a1=1,∴an=.
考点3 an与Sn关系的应用
[考情聚焦] an与Sn关系的应用是高考的常考内容,且多出现在选择题或填空题中,有时也出现在解答题的已知条件中,难度较小,属容易题.
主要有以下几个命题角度:
角度一
利用an与Sn的关系求an
[典题3] (1)已知数列{an}的前n项和Sn=n2+1,则an=________.
[答案]
[解析] 当n=1时,a1=S1=2;
当n≥2时,an=Sn-Sn-1=n2+1-[(n-1)2+1]=2n-1.
故an=
(2)若数列{an}的前n项和Sn=an+,则{an}的通项公式an=________.
[答案] (-2)n-1
[解析] 由Sn=an+,得
当n≥2时,Sn-1=an-1+,
两式相减,得an=an-an-1,
∴an=-2an-1,即=-2,
故当n≥2时,an=(-2)n-1.
又n=1时,S1=a1=a1+,a1=1,满足上式.
∴an=(-2)n-1.
[点石成金] 数列的通项an与前n项和Sn的关系是an=当n=1时,若a1适合Sn-Sn-1,则n=1的情况可并入n≥2时的通项an;当n=1时,若a1不适合Sn-Sn-1,则用分段函数的形式表示.
角度二
利用an与Sn的关系求Sn
[典题4] (1)已知数列{an}的前n项和为Sn,a1=1,Sn=2an+1,则Sn=( )
A.2n-1 B.n-1
C.n-1 D.
[答案] B
[解析] 由已知Sn=2an+1,得
Sn=2(Sn+1-Sn),
即2Sn+1=3Sn,=,而S1=a1=1,
所以Sn=n-1.
(2)[2017·湖南株洲模拟]设Sn是正项数列{an}的前n项和,且an和Sn满足:4Sn=(an+1)2(n=1,2,3,…),则Sn=________.
[答案] n2
[解析] 由题意可知,Sn=2,
当n=1时,a1=1;
当n≥2时,an=Sn-Sn-1=2-2
=·
=+,
整理得,=⇒an-an-1=2,
所以an=2n-1,所以Sn==n2.
[点石成金] 解决此类问题通常利用an=Sn-Sn-1(n≥2)将已知关系转化为Sn与Sn-1的关系式,然后求解.
考点4 数列的单调性及应用
[典题5] 已知数列{an}的前n项和Sn=2n2+2n,数列{bn}的前n项和Tn=2-bn.
(1)求数列{an}与{bn}的通项公式;
(2)设cn=a·bn,证明:当且仅当n≥3时,cn+1<cn.
(1)[解] 当n=1时,a1=S1=4.
对于n≥2,有an=Sn-Sn-1=2n(n+1)-2(n-1)n=4n.
当n=1时,适合上式.
所以{an}的通项公式为an=4n.
将n=1代入Tn=2-bn,得T1=2-b1,
又T1=b1,故T1=b1=1.
(求bn解法一)对于n≥2,由Tn-1=2-bn-1,Tn=2-bn,
得bn=Tn-Tn-1=-(bn-bn-1),
bn=bn-1,所以bn=21-n.
(求bn解法二)对于n≥2,由Tn=2-bn,得
Tn=2-(Tn-Tn-1),
2Tn=2+Tn-1,
Tn-2=(Tn-1-2),
Tn-2=21-n(T1-2)=-21-n,
Tn=2-21-n,
bn=Tn-Tn-1=(2-21-n)-(2-22-n)=21-n.
(2)[证明] 由cn=a·bn=n225-n,得
cn+1-cn=24-n[(n+1)2-2n2]=24-n[-(n-1)2+2].
当且仅当n≥3时,cn+1-cn<0,即cn+1<cn.
[点石成金] 1.单调性是数列的一个重要性质.判断数列的单调性,通常是运用作差或作商的方法判断an+1与an(n∈N*)的大小,若an+1>an恒成立,则{an}为递增数列;若an+1<an恒成立,则{an}为递减数列.
2.求数列{an}的最大项或最小项,一种方法是利用函数的最值法;另一种是不等式法,求最小项可由 来确定n,求最大项可由 来确定n.若数列是单调的,也可由单调性来确定最大项或最小项.
已知首项为的等比数列{an}不是递减数列,其前n项和为Sn(n∈N*),且S3+a3,S5+a5,S4+a4成等差数列.
(1)求数列{an}的通项公式;
(2)设Tn=Sn-(n∈N*),求数列{Tn}的最大项的值与最小项的值.
解:(1)设等比数列{an}的公比为q,
因为S3+a3,S5+a5,S4+a4成等差数列,
所以S5+a5-S3-a3=S4+a4-S5-a5,即4a5=a3,
于是q2==.
又{an}不是递减数列且a1=,所以q=-.
故等比数列{an}的通项公式为
an=×n-1=(-1)n-1·.
(2)由(1),得
Sn=1-n=
当n为奇数时,Sn随n的增大而减小,
所以1<Sn≤S1=,
故0<Sn-≤S1-=-=.
当n为偶数时,Sn随n的增大而增大,
所以=S2≤Sn<1,
故0>Sn-≥S2-=-=-.
综上知,对于n∈N*,总有-≤Sn-≤.
所以数列{Tn}最大项的值为,最小项的值为-.
[方法技巧] 1.由数列的前几项求数列通项,通常用观察法[对于交错数列一般有(-1)n或(-1)n+1来区分奇偶项的符号];已知数列中的递推关系,一般只要求写出数列的前几项,若求通项可用归纳、猜想和转化的方法.
2.强调an与Sn的关系:an=
3.已知递推关系求通项:对这类问题的要求不高,但试题难度较难把握.一般有两种常见思路:
(1)算出前几项,再归纳、猜想;
(2)利用累加法、累乘法或构造法求数列的通项公式.
[易错防范] 1.数列是一种特殊的函数,在利用函数观点研究数列时,一定要注意自变量的取值,如数列an=f(n)和函数y=f(x)的单调性是不同的.
2.在利用数列的前n项和求通项时,往往容易忽略先求出a1,而是直接把数列的通项公式写成an=Sn-Sn-1的形式,但它只适用于n≥2的情形.
真题演练集训
1.[2016·浙江卷]设数列{an}的前n项和为Sn.若S2=4,an+1=2Sn+1,n∈N*,则a1=________,S5=________.
答案:1 121
解析:由于解得a1=1.由an+1=Sn+1-Sn=2Sn+1得Sn+1=3Sn+1,所以Sn+1+=3,所以是以为首项,3为公比的等比数列,所以Sn+=×3n-1,即Sn=,所以S5=121.
2.[2015·江苏卷]设数列{an}满足a1=1,且an+1-an=n+1(n∈N*),则数列前10项的和为________.
答案:
解析:由题意得,a2-a1=2,a3-a2=3,…,an-an-1=n(n≥2).
将以上各式相加,得
an-a1=2+3+…+n==.
又∵ a1=1,∴ an=(n≥2).
∵ 当n=1时也满足此式,
∴ an=(n∈N*).
∴ ==2×.
∴ S10=2×
=2×=.
3.[2015·四川卷]设数列{an}(n=1,2,3,…)的前n项和Sn满足Sn=2an-a1,且a1,a2+1,a3成等差数列.
(1)求数列{an}的通项公式;
(2)记数列的前n项和为Tn,求使得|Tn-1|<成立的n的最小值.
解:(1)由已知Sn=2an-a1,得
an=Sn-Sn-1=2an-2an-1(n≥2),
即an=2an-1(n≥2).
从而a2=2a1,a3=2a2=4a1.
又因为a1,a2+1,a3成等差数列,
即a1+a3=2(a2+1),
所以a1+4a1=2(2a1+1),解得a1=2.
所以数列{an}是首项为2,公比为2的等比数列.
故an=2n.
(2)由(1),得=,
所以Tn=++…+=
=1-.
由|Tn-1|<,得<,
即2n>1 000.
因为29=512<1 000<1 024=210,所以n≥10.
于是使|Tn-1|<成立的n的最小值为10.
课外拓展阅读
由递推公式求通项的常用方法和技巧
递推数列是高考考查的热点,由递推公式求通项时,一般需要先对递推公式进行变形,然后利用转化与化归的思想解决递推数列问题.下面给出几种常见的递推数列,并讨论其通项公式的求法.
类型1 an+1=an+f(n)
把原递推公式转化为an+1-an=f(n),再利用累加法(逐差相加法)求解.
[典例1] 已知数列{an}中,a1=2,an+1=an+n+1,求数列{an}的通项公式.
[思路分析]
[解] 因为a1=2,an+1-an=n+1,
所以an-an-1=(n-1)+1,
an-1-an-2=(n-2)+1,an-2-an-3=(n-3)+1,
…
a2-a1=1+1,
由已知,a1=2=1+1,
将以上各式相加,得
an=[(n-1)+(n-2)+(n-3)+…+2+1]+n+1
=+n+1
=+n+1
=+1.
类型2 an+1=f(n)an
把原递推公式转化为=f(n),再利用累乘法(逐商相乘法)求解.
[典例2] 已知数列{an}满足a1=,an+1=·an,求数列{an}的通项公式.
[思路分析]
[解] 由an+1=·an,得=.
当n≥2,n∈N*时,an=··…··a1=··…··=,即an=.
又当n=1时,==a1,故an=.
类型3 an+1=pan+q[其中p,q均为常数,pq(p-1)≠0]
先用待定系数法把原递推公式转化为an+1-t=p(an-t),其中t=,再利用换元法转化为等比数列求解.
[典例3] 已知数列{an}中,a1=1,an+1=2an+3,求数列{an}的通项公式.
[思路分析]
[解] 设递推公式an+1=2an+3可以转化为an+1-t=2(an-t),
即an+1=2an-t,解得t=-3.
故an+1+3=2(an+3).
令bn=an+3,则b1=a1+3=4,且==2.
所以{bn}是以4为首项,以2为公比的等比数列.
所以bn=4×2n-1=2n+1, 即an=2n+1-3.
类型4 an+1=pan+qn[其中p,q均为常数,pq(p-1)≠0]
(1)一般地,要先在递推公式两边同除以qn+1,得=·+,引入辅助数列{bn},得bn+1=·bn+,再用待定系数法解决;
(2)也可在原递推公式两边同除以pn+1,得=+n,引入辅助数列{bn},得bn+1-bn=n,再利用累加法(逐差相加法)求解.
[典例4] 已知数列{an}中,a1=,an+1=an+n+1,求数列{an}的通项公式.
[思路分析]
[解] 解法一:将an+1=an+n+1两边分别乘以2n+1,得2n+1an+1=(2nan)+1.
令bn=2nan,则bn+1=bn+1,
根据待定系数法,得bn+1-3=(bn-3).
所以数列{bn-3}是首项为b1-3=2×-3=-,公比为的等比数列.
所以bn-3=-·n-1,
即bn=3-2·n.
于是,an==-.
解法二:将an+1=an+n+1两边分别乘以3n+1,得3n+1an+1=3nan+n+1.
令bn=3nan,则bn+1=bn+n+1,
所以bn-bn-1=n,bn-1-bn-2=n-1,…,b2-b1=2.
将以上各式叠加,得
bn-b1=2+…+n-1+n,
又b1=3a1=3×==1+,
所以bn=1++2+…+n-1+n==2·n+1-2,
即bn=2·n+1-2.
故an==-.
类型5 an+1=pan+an+b(p≠1,p≠0,a≠0)
这种类型的题目一般是利用待定系数法构造等比数列,即令an+1+x(n+1)+y=p(an+xn+y),然后与已知递推式比较,解出x,y,从而得到{an+xn+y}是公比为p的等比数列.
[典例5] 设数列{an}满足a1=4,an=3an-1+2n-1(n≥2),求数列{an}的通项公式.
[思路分析]
→→
[解析] 设递推公式可以转化为
an+An+B=3[an-1+A(n-1)+B],
化简后与原递推式比较,得
解得
则an+n+1=3[an-1+(n-1)+1].
令bn=an+n+1,(*)
则bn=3bn-1,
又b1=6,故bn=6·3n-1=2·3n,
代入(*),得an=2·3n-n-1.
类型6 an+1=pa(p>0,an>0)
这种类型的题目一般是将等式两边取对数后转化为an+1=pan+q型,再利用待定系数法求解.
[典例6] 已知数列{an}中,a1=1,an+1=·a(m>0),求数列{an}的通项公式.
[思路分析]
[解析] 对an+1=·a两边取对数,得
lg an+1=2lg an+lg .
令bn=lg an,则bn+1=2bn+lg .
因此得bn+1+lg =2,
记cn=bn+lg ,则cn+1=2cn.
所以数列{cn}是首项c1=b1+lg =lg ,公比为2的等比数列.
所以cn=2n-1·lg .
所以bn=cn-lg =2n-1·lg -lg =lg ,
即lg an=lg ,
所以an=m·2n-1.
类型7 an+1=(p,q,r≠0且an≠0,qan+r≠0)
这种类型的题目一般是将等式两边取倒数后,再进一步处理.
若p=r,则有==+,此时为等差数列.
若p≠r,则有=·+,此时可转化为类型3来处理.
[典例7] 已知数列{an}中,a1=1,an+1=,求数列{an}的通项公式.
[思路分析]
[解析] 因为an+1=,a1=1,
所以an≠0,
所以=+,
即-=.
又a1=1,则=1,
所以是以1为首项,以为公差的等差数列.
所以=+(n-1)×=,
所以an=(n∈N*).
类型8 an+1+an=f(n)
将原递推关系改写成an+2+an+1=f(n+1),两式相减即得an+2-an=f(n+1)-f(n
),然后将n按奇数、偶数分类讨论即可.
[典例8] 已知数列{an}中,a1=1,an+1+an=2n,求数列{an}的通项公式.
[思路分析]
[解] 因为an+1+an=2n,
所以an+2+an+1=2n+2,故an+2-an=2,
即数列{an}是奇数项与偶数项都是公差为2的等差数列.
当n为偶数时,a2=1,
故an=a2+2=n-1.
当n为奇数时,因为an+1+an=2n,an+1=n(n+1为偶数),故an=n.
综上知,an=n≥1,n∈N*.
类型9 an+1·an=f(n)
将原递推关系改写成an+2·an+1=f(n+1),两式作商可得=,然后将n按奇数、偶数分类讨论即可.
[典例9] 已知数列{an}中,a1=3,an+1·an=2n,求数列{an}的通项公式.
[思路分析]
[解] 因为an+1·an=2n,
所以an+2·an+1=2n+1,故=2,
即数列{an}是奇数项与偶数项都是公比为2的等比数列.
当n为偶数时,a2=,
故an=a2·2=·2,
即an=·2;
当n为奇数时,n+1为偶数,
故an+1=·2,
代入an+1·an=2n,得an=3·2.
综上知,an=